2011-2012学年高中物理 2.5 焦耳定律学案 新人教版选修3-1

2 52 5 焦耳定律焦耳定律 学案 人教版选修学案 人教版选修 3 13 1 一 电功和电功率 1 电功 电流做功 就是导体中的 对 的静电力在做功 驱动自由电荷做定向移动 其结果是电荷的 减少 而其他形式的能增加 电 流做的功简称电功 计算公式 用 W 表示电功 计算公式为 表示电流在一段电路中所做的功等 于这段电路两端的电压 U 电流 I 通电时间 t 三者的乘积 国际单位制中的单位是 其他单位还有 千瓦时 kW h 也叫度 2 电功率 单位时间内电流所做的功叫做 定义式为 P W t 计算公式 表示电流在一段电路上做功的功率等于电流 I 与这段电路两端的 电压 U 的乘积 国际单位制中的单位是 其他单位还有 千瓦 kW 二 焦耳定律 1 焦耳定律 电流通过导体产生的热量跟电流的 成正比 跟导体的 成正比 这一规律叫做焦耳定律 公式表示为 2 热功率 单位时间内的发热量通常称为热功率 定义式为 P Q t 计算公式为 3 纯电阻电路 电流通过纯电阻电路做功时 电能全部转化为导体的 4 非纯电阻电路 含有 或 的电路称为非纯电阻电路 在非纯电 阻电路中 电流做的功将电能除了转化为内能外 还转化为 或 一 电功和电功率 问题情境 在日常生活中 经常会用到家用小电器 例如电吹风 电熨斗等 它们都会分为几挡 像电吹风可以吹凉风 暖风和热风 你知道如何计算它们消耗的电能吗 1 电流做功的实质是什么 2 设加在一段电路两端的电压为 U 流过电路的电流为 I 试推导电流做功的表达式 要点提炼 1 电功的计算式 2 电功率的计算式 二 焦耳定律 问题情境 随着家用电器的增多 特别是空调 电热器等大功率用电器的使用 引发的火灾事故越 来越多 据统计很大一部分火灾的事故原因是导线 插座或开关等元件温度升高而导致 的 电流通过导体为什么会发热 产生的热量与哪些因素有关呢 1 什么样的电路是纯电阻电路 2 电功和电热相等吗 要点提炼 1 焦耳定律的表达式 2 电功与电热的关系 纯电阻电路中 非纯电阻电路中 例 1 一根电阻丝 在通过 2 C的电荷量时电功为 8 J 若在相同的时间内通过 4 C的 电荷量 求电阻丝上的电流做的功和所加的电压分别是多少 变式训练 1 有四盏灯 接入如图 1 所示的电路中 L1和L2都标有 220 V 100 W L3和L4都标有 220 V 40 W 把电路接通后 最暗的灯将是 图 1 A L1 B L2 C L3 D L4 例 2 有一个直流电动机 把它接入 0 2 V电压的电路时 电动机不转 测得流过电动 机的电流是 0 4 A 若把它接入 2 V电压的电路中 电动机正常工作 工作电流是 1 A 1 求电动机正常工作时的输出功率 2 若在正常工作时 转子突然被卡住 此时电动机的发热功率为多大 变式训练 2 某吸尘器中的电动机线圈电阻为 1 接在 220 V的直流电压下 工作电 流为 1 A 则吸尘器消耗的电功率为 发热损耗的功率为 转化为机 械能的功率为 即学即练 1 通过电阻 R 的电流为 I 时 在时间 t 内产生的热量为Q 若电阻为 2R 电流为 时 I 2 则在时间 t内产生的热量为 A 4Q B 2Q C D Q 2 Q 4 2 下列求解电热的公式中 对所有电路均适用的是 A Q UIt B Q I2Rt C Q t D W Pt U2 R 3 一台电动机的输出功率是 10 kW 这表明该电动机工作时 A 每秒消耗 10 kW电能 B 每秒对外做 10 kW功 C 每秒消耗 10 kJ电能 D 每秒对外做 10 kJ功 4 电动机的电枢阻值为 R 电动机正常工作时 两端的电压为 U 通过的电流为 I 工 作时间为 t 下列说法中正确的是 A 电动机消耗的电能为 UIt B 电动机消耗的电能为 I2Rt C 电动机线圈产生的热量为 I2Rt D 电动机线圈产生的热量为 U2t R 参考答案 课前自主学习 一 1 恒定电场 自由电荷 电势能 W UIt 焦耳 J 2 电功率 P IU 瓦特 W 二 1 二次方 电阻及通电时间 Q I2Rt 2 P I2R 3 内能 4 电动机 电解槽 机 械能 化学能 核心知识探究 一 问题情境 1 实质 因电流是自由电荷在静电力作用下定向移动形成的 电流做的功 实质上是 导体中恒定电场对自由电荷的静电力做的功 2 推导 t 时间内流过电路的电荷总量 q It 静电力移动电荷做的功 W qU 故 t 时 间内电流做功 W UIt 要点提炼 1 W UIt 2 P UI 二 问题情境 1 只含白炽灯 电炉等电热元件的电路是纯电阻电路 电流通过纯电阻电路做功时 电能全部转化为导体的内能 2 在纯电阻电路中 两者相等 在非纯电阻电路中 两者不相等 要点提炼 1 Q I2Rt 2 W Q W Q 解题方法探究 例 1 32 J 8 V 解析 设电阻丝的电阻为 R 据 W UIt qU 得 U1 4 V 在相同时间内通过的电荷量变为原来的 2 倍 据 I 知 I2 2I1 q t 又据欧姆定律 I 得 U2 2U1 8 V U R 电流做的功 W2 U2I2t 4W1 32 J 变式训练 1 C 根据灯泡的额定电压和额定功率及 R 可知 R1 R2 R3 R4 由于 U2 P I1 I2 I3 I4 所以根据 P I2R 可知 P1 P2 P3 P4 由于 U2 U3 所以根据 P 可 U2 R 知 P2 P3 综合以上分析有 P1 P2 P3 P4 P3 所以灯L3实际功率最小 最暗 选C 例 2 1 1 5 W 2 8 W 解析 1 电动机不转时 说明电动机无机械能输出 它消耗的电能完全转化为内能 此时电动机可看做纯电阻电路 则 R 0 5 U I 当加电压为 2 V 电流为 1 A时 电动机正常工作 有机械能输出 此时电动机为非纯 电阻电路 消耗的电能等于转化的机械能和内能之和 转化的热功率为 P热 I2R 0 5 W 总功率 P总 UI 2 W 则输出功率 P出 P总 P热 1 5 W 2 若在电动机正常工作时被卡住 电动机无机械能输出 看做纯电阻电路 此时的电 热功率为 P热 W 8 W U2 R 22 0 5 变式训练 2 220 W 1 W 219 W 解析 1 由公式 P UI 可计算电动机消耗的总功率 因此电动机消耗的总电功率为 P总 UI 220 W 2 P I2R 只能计算发热损耗的电功率 发热损耗的电功率为 P热 I2R 1 W 3 转化为机械能的功率可用电动机消耗的总功率减去发热损耗的电功率来求 所以转 化为机械能的功率为 P机 P总 P热 219 W 即学即练 1 C 由电热公式 Q I2Rt 可得 Q I